Приложение № 9

Анализ зарубежных устройств и систем обеспечения безопасности движения поездов, их функциональные возможности и сравнительные характеристики

1. Системы микропроцессорной централизации

Вопросы обеспечения безопасности движения поездов на станциях зарубежных железных дорог решают в первую очередь системы электрической централизации (ЭЦ). Причем, происходит повсеместная замена традиционных релейных ЭЦ на микропроцес­сорные системы централизации МПЦ.

Применение МПЦ позволяет значительно сократить объем аппаратуры по сравнению с релейными ЭЦ. Это, в свою очередь, уменьшает расходы на капитальное строительство служебных помещений. Использование высокопроизводительной вычислительной техни­ки дает возможность обслуживать одним постом централизации большие участки с интен­сив­­ным движением поездов. В то же время модульный принцип построения этих систем делает возможным подбор объемов аппаратуры, точно соответствующих параметрам конкретной станции или участка.

Как видно из табл. П9.1, на зарубежных железных дорогах эксплуатируются системы МПЦ, ориентированные на разные условия движения. Наиболее высокие требования по безопасности предъявляются к системам МПЦ, которыми оборудуются крупные станции с интенсивным движением. Здесь наибольших успехов достигли немецкие фирмы Siemens и Alcatel SEL.

Так, фирма Siemens использует безопасные микропроцессоры SIMIS собственной разработки. В компьютерах управления и индикации на центральном посту микропроцессоры SIMIS работают в режиме «два из трех», а в компьютерах местного управления, где обеспечивается еще более высокий уровень безопасности, микроконтроллеры SIMIS используются в конфигурации «дважды два из двух». Микроконтроллеры SIMIS имеют двухканальное построение. В обоих каналах одна и та же информация обрабатывается независимо по одинаковым программам с помощью синхронных команд или тактирования. Команды, вырабатываемые в каждом канале, сравниваются двумя независимыми компараторами. Решения принимаются к исполнению лишь в тех случаях, когда сигналы на выходах обоих компараторов идентичны. В системе имеются тестовые программы, которые проверяют исправность вычислительных систем в промежутках между обработкой оперативной информации.

Вычислительные средства SIMIS имеют модульное построение. Это позволяет формировать из них ту вычислительную структуру, которая соответствует конкретному объему решаемых задач и уровню требуемой надежности. При оборудовании МПЦ действует принцип централизованной обработки и децентрализованного исполне­ния.

Обмен информацией между компьютерами SIMIS осуществляется через двухка­наль­ную линию связи. В случае неисправности одного канала производится автоматичес­кое переключение на одноканальный режим.

Фирма Alcatel SEL пошла по пути построения блоков безопасности SELMIS на базе стандартных ЭВМ. Для этого стандартные ЭВМ, обладающие большой вычислительной мощностью и постоянно улучшающимся соотношением цена/производительность, помещаются в специальные контуры безопасности, являющиеся совокупностью аппаратных и программных средств. Безопасность блоков SELMIS основана на многократной обработке информации в независимых параллельных каналах с последующим сравнением входных, промежуточных и выходных данных при помощи программных средств. Для достижения высокой эксплуатационной готовнос­ти применяется преимущественно схема «два из трех».

Фирма Alcatel Austria разработала МПЦ ELECTRA, концепция обеспечения безопасности которой предусматривает использование в двух вычислительных каналах одинаковых микро-ЭВМ, разработанных и изготовленных фирмой Alcatel с диверситивными программами.

Система МПЦ содержит три функциональных уровня: I - уровень управления вводом и отображением информации; II - уровень реализации логических зависимостей и обеспечения безопасности; III - уровень управления напольными устройствами.

Для достижения достаточной диверситивности программ разных каналов над программами работали независимые группы специалистов. Программное обеспечение разделено на модули управления стрелками, сигналами, маршрутами и т.д.

Повышению надежности МПЦ способствует трехканальное исполнение процессоров зависимостей и обеспечение безопасности со сравнением результатов программными средствами по мажоритарному принципу.

Для станций с неинтенсивным движением применяют более дешевые системы МПЦ. Примером может служить МПЦ EBILOCK (Швеция), построенная по одноканальному принципу. Безопасность здесь обеспечивается тем, что обработка ответственных команд осуществляет­ся двумя диверситивными программами. Они выполняют идентичные функции, но разработаны разными группами программистов. Данные, выполненные обеими програм­ма­ми, попеременно посылаются в прибор управления объектом, где происходит их сравнение. Команда управления объектом генерируется только при совпадении получен­ных данных. Передаваемая в обратном направлении информация (от приборов управления объектами) также формируется диверситивными программами и, поступая в центральный блок управления безопасности, сравнивается в нем при помощи его программных средств.

Для повышения эксплуатационной готовности возможно резервирование центрального блока обеспечения безопасности. В этом случае резервная ЭВМ получает все данные от рабочей ЭВМ, причем гарантируется, что данные обновляются каждые 20 с.

Американская фирма General Railway Signal (GRS) также разрабатывает и производит системы МПЦ с одноканальным техническим обеспечением. Ее система VPI в настоящее время она достаточно широко эксплуатируется в США, Нидерландах, Испании, Италии, Австралии и странах Азии.

В стандартном исполнении система VPI может управлять 320 безопасными входами и выходами. При необходимости возможно использование нескольких таких стандартных модулей, объединив их между собой для обмена информацией.

Обеспечение безопасности при одноканальном техническом обеспечении дости­гает­ся в системе VPI за счет того, что в центральной ЭВМ циклически одна за другой обрабатываются программа так называемой первичной логики и программа логики обеспечения безопасности. Последняя является контрольной программой и используется фирмой GRS во всех ее разработках, связанных с обеспечением безопасности.

Если первичная логика служит для реализации собственно функций централизации, то логика обеспечения безопасности проверяет корректное выполнение программ и состояние модулей вывода. Для этого используются контрольные слова, которые циркули­ру­ют в системе, а затем проверяются на корректность. Двухканальность обработки реализуется путем диверситивного размещения данных в памяти. Обработка обоих комплектов данных осуществляется последовательно одним и тем же программным обеспечением.

Главный цикл, реализующий логику системы централизации, имеет длительность 1с. За это время он прерывается 20 раз, т.е. каждые 50 мс циклом обеспечения безопаснос­ти, в течение которого все включенные безопасные выходы проверяются на допустимость их включения в соответствии с содержимым памяти центральной ЭВМ. При обнаружении нарушения не позднее, чем через 150 мс специальное реле размыкает цепь питания соответ­ст­вующего модуля ввода/вывода.

Таблица П9.1

Название Системы	Страна и фирма-разработчик	Способы обеспечения безопасности	Область применения
ElS	Германия Siemens	Специализированные ЭВМ «SIMIS». Режим работы «2 из 2», «2 из 3»	Крупные и средние станции с интенсивным движением
El S Regio	Германия Siemens	и «2 х (2 из 2)». Однотип- ное программное обеспе-	Малые станции, управ- ление из общего центра
SICAS	Германия Siemens	чение (ПО). Фоновое тестирование.	Второстепенные участ­ки ж.д., заводские пути
El L (ESTW L90)	Германия AlcatelSEL	Универс.ЭВМ, образую­щие 3-канальный блок безопасности SELMIS. ПО в каналах идентичное.	Крупные и средние станции с интенсивным движением
ELECTRA	Австрия Alcatel SEL	Универс.ЭВМ, образую­щие 2-канальную систему. Различное ПО в каналах.	Крупные и средние станции с интен­сивным движением
EBILOCK	Швеция ABB Signal	Универс. ЭВМ. 1-каналь­ная система со сравнением результатов разного ПО	Крупные и средние станции с неинтенсив­ным движением
ALISTER	Швеция NovoSignal	Универс.ЭВМ. 2-каналь- ная система с разными ЭВМ и ПО в каналах.	Средние и малые станции с интен­сивным движением
SSI	Великобритания GECиWestinghouse	Универс. ЭВМ образуют многоканальную систему с однотипным ПО в каналах	Крупные и средние станции с интенсивным движением
WESTRACE	Великобритания Westinghouse	Универс. ЭВМ. 1-каналь­ная система со сравнением результатов разного ПО	Малые станции, управляемые и общего центра
VPI	США General Railway Signal	Универс. ЭВМ. 1-каналь­ная структура с повторной обработкой одних и тех же данных.	Малые станции с небольшими размерами движения. Управление из общего центра.
SMILE	Япония	Универс. ЭВМ, образую­щие 3-канальную систему	Крупные и средние станции.
Mikro-SMILE	Япония	с идентичным ПО. Режим работы «2 из 3»	Малые станции